产业研究 | 耐磨、耐腐、低释气!半导体塑料耗材——贯穿半导体制程的隐形守护者

2025-07-11

随着现代电子产业的高速应用,微电子技术的发展突飞猛进,集成电路和超大规模集成电路被广泛应用在航天航空、智能穿戴、智能手机、机器人遥控技术、新能源等领域。


随着通信设备、消费电子、汽车等各领域对芯片需求的不断增加,全球的芯片缺货涨价潮愈演愈烈。芯片制造过程非常复杂,说到半导体制造,受到更多关注的往往是硅片、电子特气、光罩、光刻胶、靶材、化学品等材料及相关设备,鲜少有人介绍贯穿整个半导体制程的隐形守护者——塑料。

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半导体制造面临的最大挑战是对污染的控制,特别是随着半导体技术的发展,电子元件越来越小、越来越复杂,对杂质的耐受性也就越低,生产条件苛刻,如无尘清洁、高温、高腐蚀性化学品等。


在整个半导体制程中,塑料的作用主要是包装和传送,连接每一个加工制程,防止污染和损坏,优化污染控制,提高关键半导体制程的良率。所用到塑料材料包括PEEK、PPS、PP、ABS、PVC、PBT、PC、氟塑料、PAI、COP等,且随着半导体技术的不断发展,对于材料的性能要求也越来越高。


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抗静电性+洁净程度


聚焦昂贵的“晶圆”展开来讲。晶圆很容易被污染又极易被损害,所以,晶圆包材的“品质”,会直接决定良率结果。


这也是,为什么“同样”的导电塑料做包材,最后晶圆良率却“天差地别”的原因。


决定晶圆包材“品质”好坏的因素,也很明确:材料的抗静电性+洁净程度


在抗静电层面:我们知道在半导体器件的生产、传递、包装、运输、贮存、使用等各环节中,静电随时都有可能发生:人与物体之间、器件表面与包装材料、空气循环流动与箱体之间的摩擦都能产生出大量的静电荷。 


而,静电的危害,轻则影响半导体器件的功能与寿命;重则静电放电(ESD)造成电击穿,造成元器件的永久性失效。


所以,包材材料的抗静电性,一定程度上是与元器件的使用期限成正相关,其重要性不言而喻。


在高洁净层面:总所周知,对污染的控制是目前半导体制造面临的最大挑战。尤其,随着半导体技术的发展,电子元件越来越小,越来越复杂,杂质对晶圆等制件的影响也越来越显著。


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图:可能存在于硅晶片上的表面污染物


尤其以离子状态存在的硫元素,会与晶圆接触产生硫化银,会大大的影响晶圆的良率,损失巨大。


而且,早期就有这样的客户案例,在制造过程中,因未能有效去除晶圆表面的污染而产生的耗损,在所有产额损失中,可能占达50%以上的比例。


也就是说,材料的洁净程度会直接影响成本,洁净程度高的材料分分钟省下一个亿,这绝对不是一句空话。


所以,抗静电性、高洁净性缺一不可!


下面重点介绍下特种工程塑料PEEK/PPS在半导体制造中的应用。


1、CMP固定环

化学机械研磨(CMP)是晶圆生产过程中一项关键性制程技术,CMP固定环是用来在研磨过程中固定硅片、晶圆,选择的材料应具有良好的耐磨性、尺寸稳定、耐化学腐蚀、易加工,避免晶硅片/圆表面刮伤、污染。


CMP固定环是用来在研磨过程中用来固定晶圆的,选择的材料应避免晶圆表面刮伤、污染等,通常使用标准型PPS制作。


PEEK具有较高的尺寸稳定性、易于加工性、良好的机械性能、良好的耐化学腐蚀性以及良好的耐磨性,与PPS环相比,采用PEEK制成的CMP固定环耐磨性更强,使用寿命延长一倍,从而减少故障停机时间,提高晶圆产能。

材料:PEEK、PPS

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2. 晶圆载具

晶圆载具顾名思义就是用来装载晶圆,有晶圆承载盒、晶圆传送盒、晶舟等。晶圆存放在运输盒内的时间在整个生产过程中占比很高,晶圆盒本身的材质、质量和干净与否都可能会对晶圆质量产生或大或小的影响。


晶圆载具一般采用耐温、机械性能优异、尺寸稳定性以及坚固耐用、防静电、低释气、低析出、可回收再利用的材料,不同制程采用的晶圆载具所选用的材质有所不同。


PEEK可用于制作一般传输制程用载具,一般采用抗静电PEEK,PEEK拥有众多优异性能,耐磨性、耐化学腐蚀性、尺寸稳定性、抗静电性和低脱气,有助于防止颗粒污染并提高晶圆搬运、存储和转移的可靠性。


材质有:PEEK、PFA、PP、PES、PC、PEI、COP等,一般经过抗静电改性。

3、光罩盒

光罩是芯片制造中光刻工艺使用的图形母版,以石英玻璃为基板并涂布铬金属遮光,利用曝光原理,光源通过光罩投影至硅晶圆可曝光显示特定图案。任何附着于光罩上的尘埃或刮伤皆会导致投影成像的质量劣化,因此需避免光罩的污染,以及避免因碰撞或摩擦等产生微粒影响光罩的洁净度。


为避免光罩起雾、摩擦或位移造成损伤,光罩盒因此一般采用抗静电、低脱气、坚固耐用的材料。


PEEK 高硬度、极少的颗粒产生量、高洁净度、抗静电、耐化学腐蚀性、耐磨损性、耐水解性、非常优异的电介质强度及出色的耐辐射性能等特性,在生产、传送以及处理光罩过程中,可使光罩片存储在低脱气和低离子污染的环境中。


材料:抗静电PEEK、抗静电PC等

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4、晶圆工具

用来夹取晶圆或硅片的工具,如晶片夹、真空吸笔等,夹取晶片时,所采用的的材料不会对晶圆的表面产生划痕,无残留物,保证晶圆的表面洁净度。


PEEK具有耐高温、耐磨性、尺寸稳定好、低释气性以及低吸湿性等特性,用PEEK晶片夹夹取晶圆、硅片的时候,不会对晶圆、硅片的表面产生划痕不会因摩擦而对晶圆、硅片产生残留物,从而提高了晶圆、硅片的表面洁净度。


材料:PEEK

5、半导体封装测试插座

测试插座是将各半导体元件的直接回路电气性连接到测试仪器上的装置,不同的测试插座被用于测试集成电路设计人员所指定的各种微芯片。测试插座用材料应满足大温度范围内的具有良好的尺寸稳定性、机械强度、毛刺形成量少,经久耐用,易加工等要求。


材料:PEEK、PPS、PAI、PI、PEI。

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特种工程塑料品种众多,主要包括聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚芳酯(PAR)、含氟聚合物(PTFE、PVDF、PCTFE、PFA)等。特种工程塑料具有独特优异的物理性能,主要应用于电子电气、汽车、航空航天、医疗器械等特殊工程领域。随着技术的进步和工艺的改进,对特种工程塑料的需求越来越多,同时,各种特种工程塑料可进一步提高产品性能,未来将会有更大比例的特种工程塑料应用于下游行业。


—END—


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